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1.5办公室
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● 纸张和废纸:纸张中的化学
经过一小段路程,伴随着对蓝天、冰、盐、汽油和安全气囊沉浸式的思考,你来到了办公室。
虽然每天早上都能看到办公桌上乱七八糟的样子,但你仍然会惊叹于有这么多废纸。
在没有电脑之前,情况更加糟糕。
信息技术的出现大大减少了纸质文件的流通和数量,但纸这种材料仍然作为传递信息的媒介发挥着重要作用。
在古代,最早用于绘画和书写的材料是石头和泥板。
自公元前3000年以来,埃及人就使用莎草纸作为书写材料,这种材料由同名的沼泽植物纸莎草(Cyperuspapyrus)的茎制成。
希腊人和罗马人也使用莎草纸。
从公元3世纪起,羊皮纸的使用开始普及。
羊皮纸由羔羊皮、绵羊皮或山羊皮经石灰浸渍后干燥打磨而成。
真正意义上的纸张是由中国人发明的,并于12世纪开始大规模传播。
一般来说,纸是由各种纤维混合压缩(毡合)而得。
中国人最开始以蚕茧为原料,后来改进为用桑科植物(例如构树,Broussoiapapyrifera)和其他植物的皮。
已知最早的纸张样本可以追溯到公元150年,是用破布制成的。
从8世纪开始,纸张的使用首先在日本和小亚细亚传播,然后在地中海非洲、西班牙和后来的整个欧洲传播。
阿拉伯人将纸张引入欧洲,在西班牙和意大利的西西里岛建立了最早的造纸厂。
12世纪,波利瑟·达·法布里亚诺(PolesedaFabriano)在博洛尼亚(Bologna)附近的雷诺(Reno)河边建立了一家造纸厂。
1455年发明的活字印刷术[3]推动了随后几个世纪的纸张生产。
1798年法国发明家尼古拉斯·路易斯·罗伯特(NicolasLouisRobert)发明了第一台造纸机,然后在1803年由英国的出版商兄弟乔治·福德里尼埃(GeeFourdrinier)和西利·福德里尼埃
(SealyFourdrinier)进行了完善。
在当时,纸张用破布来制备,但很快由于产量的增加导致了原材料的匮乏,于是他们尝试寻找新的原材料。
1840年左右,人们开始使用木头造纸。
时至今日,大部分纸张也仍是由木头制成。
木材是一种含有多种物质的复合材料。
其中主要有纤维素
(cellulose,约45%)、半纤维素(hemicellulose,约30%)、木质素(lignin,约20%)及其他挥发性较强的成分(约5%),如萜烯、树脂、脂肪酸。
我们在第一章第3节中已经提到,纤维素是一种多糖,由葡萄糖分子通过β-1,4糖苷键(β-1,4glycosidid)连接组成,然后这些葡萄糖分子聚合链通过氢键相互平行地结合在一起(图15)。
图15 纤维素分子链结构
半纤维素也是一种多糖,但结构比较不规则。
纤维素只由葡萄糖分子构成,但半纤维素的构成中还含有其他单糖。
另外,它是支链结构而非纤维结构。
木质素是一种主要由酚类单体组成的复杂聚合物。
其中的单体主要有对香豆醇(p-arylalcohol)、松柏醇(iferyalcohol,4-羟基-3-甲氧基肉桂醇,4-hydroxy-3methoxyamylalcohol)和芥子醇(sinapylalcohol,4-羟基-3,5二甲氧基肉桂醇,4-hydroxy-3-dimethoxyamylalcohol)。
为了制备纸张,必须去除木头成分中的木质素。
这可以用机械方法和化学方法来实现。
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